申请日2014.12.02
公开(公告)日2015.04.08
IPC分类号G01N33/00
摘要
本发明涉及海水循环冷却水处理技术领域，具体涉及一种化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法。该装置包括补水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括模拟监测换热器(15)、蒸汽冷凝器(16)和锅炉(18)。整套装置可实现海水循环水处理工艺多参数(温度、流量、压力、pH值、电导率、腐蚀速率、污垢热阻等)在线监测、多任务(加药、排污、补水、液位、水平衡等)的自动化控制，为新型海水循环冷却水处理技术的研发与工业应用提供了更为有效的硬件支撑平台。
摘要附图
权利要求书
1.一种化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补水单元、 热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所 述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换 单元包括模拟监测换热器(15)、蒸汽冷凝器(16)和锅炉(18);
其中，补水单元包括补水池(3)和集水池(6);
其中，所述模拟监测换热器(15)内设置有贯穿模拟监测换热器两端的传 热管，模拟监测换热器(15)壳体上设置有与锅炉(18)出汽口连接的蒸汽入 口和与蒸汽冷凝器(16)一端连接的蒸汽出口，冷凝水通过蒸汽冷凝器(16) 的另一端、和锅炉(18)壳体上设置的喇叭口形成回路;
其中，所述监控单元还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元;
其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出 口管线上的进口测温筒(14)和出口测温筒(19)，以及设置于模拟监测换热 器(15)上的测定来自锅炉(18)的蒸汽温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的性能评价装置，其中，所述腐蚀监控单元包括 设置于热交换单元循环水入口管线上的进口挂片盒(10)和进口腐蚀探头(13)、 设置于热交换单元循环水出口管线上的出口腐蚀探头(20)和出口挂片盒(21) 和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
3.根据权利要求1或2所述的性能评价装置，其中，所述冷却塔单元包 括风机(23)、与集水池相通的冷却塔(24)和填料，所述冷却塔(24)在靠 近集水池(6)的一端设置有塔底测温孔(26)和加药孔。
4.根据权利要求1-3任一项所述的性能评价装置，其中，所述流量监控单 元包括设置于热交换单元循环水入口管线上的循环泵(8)、转子流量计(9)、 流量变送器(11)、流量调节阀(12)和设置于蒸汽冷凝器(16)冷凝水出口 管线上的流量开关(17)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的性能评价装置，其中，所述温度监控单 元还包括设置于冷却塔(24)接近集水池(6)一端的风门控制器(25)和设 置于塔底测温孔(26)的温度传感器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的性能评价装置，其中，所述监控单元还 包括pH监控单元和电导监控单元;所述液位监控单元包括设置于补水池(3) 中的液位传感器(4);所述pH监控单元包括设置于集水池(6)中的pH传 感器(7a);所述电导监控单元包括设置于集水池(6)中的电导传感器(7b)。
7.根据权利要求1-6所述的性能评价装置，其中，所述排污单元包括设置 于热交换单元循环水出口管线上的电动排污阀(22)和设置于集水池上部的溢 流口(6a)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的性能评价装置，其中，所述加药单元包 括与补水池(3)连接的第一计量泵(27)，与冷却塔加药孔连接的第二计量 泵(28)和加药箱。
9.根据权利要求1-8任一项所述的性能评价装置，其中，所述各装置中与 海水、浓缩海水或药剂直接接触的部件的材料为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材 料。
10.权利要求1-9任一项所述化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价 装置的评价方法，其特征在于，包括下述步骤：开启权利要求1所述的药剂性 能评价装置，使得海水循环经由流量监控单元、腐蚀监控单元、温度监控单元 和模拟监测换热器后，进入冷却塔单元，冷却后的海水再循环回补水单元中的 集水池(6)中;
其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使系统稳定的条件下， 即在分别使循环海水流量、循环水进口温度和模拟监测换热器(15)中的蒸汽 温度处于目标范围内的条件下，检测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水 质检测数据，以评价药剂控制海水腐蚀、结垢和/或菌藻生长性能;
其中，通过液位监控单元来选择性补水。
11.根据权利要求10所述的评价方法，所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单 元和模拟监测换热器(15)的传热管实现，包括下述两种方法中的任一种或两 种的组合：
(1)将热交换单元循环水管线上设置的进口腐蚀探头(13)和出口腐蚀 探头(20)与电化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测;
(2)检测模拟监测换热器(15)中传热管、热交换单元循环水管线上的 进口挂片盒(10)和出口挂片盒(21)中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
12.根据权利要求10或11所述的评价方法，其中，使循环海水流量、循 环水进口温度和模拟监测换热器(15)中的蒸汽温度处于目标范围内通过包括 下述步骤的方法进行：
(1)通过安装于模拟监测换热器(15)上的温度传感器实现蒸汽温度的 监控;
(2)通过转子流量计(9)和流量变送器(11)监测循环水流量，通过流 量调节阀(12)自动控制阀门开度;
(3)比对进口测温筒(14)测得的循环水进口温度和塔底测温孔(26) 的温度传感器测得的塔底水温，自动调节风门控制器(25)的开度，控制冷却 塔进风量。
13.根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述蒸汽为常压饱和蒸汽， 温度控制在98℃～102℃;所述冷却水流量按选择传热管规格，保持管内海水 流速为0.8m/s～2m/s设定控制;所述循环水进口温度被控制在30℃～40℃。
14.根据权利要求10-13任一项所述的评价方法，其中，通过所述流量监 控单元和温度监控单元实现污垢热阻监测，该污垢热阻监测包括下述步骤：
(1)在系统稳定的条件下，通过进口测温筒(14)和出口测温筒(19) 分别测量清洁管时冷却海水进口温度t’进和清洁管时冷却海水出口温度t’出;通 过流量变送器(11)测量循环水流量G;通过模拟监测换热器(15)上安装的 温度传感器测量蒸汽温度T;
(2)系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒(14)和出口测温筒(19) 分别测量冷却海水瞬时进口温度t进和冷却海水瞬时出口温度t出，用下述公式 计算污垢热阻：
式中，di为模拟监测换热器(15)中传热管内径，l为模拟监测换热器(15) 中传热管的有效传热长度。
15.根据权利要求10-14任一项所述的评价方法，其中，该评价方法还包 括水质监测工序，其包括下述任一种或者二种以上的步骤：
(1)试验过程中，用所述pH监控单元和电导监控单元分别监测循环海水 的pH值和电导率;
(2)试验过程中，实验室同步检测海水、循环海水的浊度、碱度、氯离 子、钙离子、镁离子或铁离子含量;
(3)试验过程中，定期检测海水、循环海水中微生物的含量。
说明书
化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法
技术领域
本发明涉及海水循环冷却水处理技术领域，主要涉及一种化工系统海水循 环冷却水处理药剂性能评价装置和方法。具体地说是一种针对化工系统，在模 拟工程实际工况条件下，对海水循环冷却水处理药剂进行综合评定的模拟试验 装置和评价方法。
背景技术
海水循环冷却技术是缓解我国水资源短缺、促进经济可持续发展的重要途 径之一。随着我国淡水资源的日益匮乏，对海水利用的需求也更加紧迫。近年 来，我国海水循环冷却水技术研究取得了长足的发展，经过十多年的科技攻关， 建立完成了千、万、十万吨级海水循环冷却示范工程研究，取得了一大批科研 成果，业已证明，海水循环冷却技术是一项环保、经济、先进的新技术，通过 添加海水缓蚀剂、阻垢分散剂和杀生剂，或同时辅助其他技术手段，可以有效 解决海水冷却系统管道、设备的腐蚀、结垢和微生物的影响。对这些投加药剂 的筛选评定研究，除单独评价其缓蚀、阻垢、杀生性能外，更重要的是要模拟 现场生产条件对水处理方案进行全面综合评价和调整。因此，模拟装置是验证 经实验室初步研究确定的冷却水处理方案在正式推广到现场应用前的必备环 节，也是最关键的环节。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相对海水循环冷却技术在我国的发展技术水平 和市场需求方面，目前国内尚没有公开用于评价海水循环冷却系统水处理药剂 性能的相关装置及标准或方法。这是由于海水或浓缩海水的比热、传热性能和 热力性能与淡水有很大差别，同时相对于淡水，海水是一种高盐、高氯且富含 多种微生物的复杂体系，以海水作为循环介质具有更强的腐蚀性和更大的积垢 趋势，所以对模拟试验装置的防腐要求更高，对监测分析设备的材质和性能指 标也有更高的要求，监测和控制的参数指标也与淡水有明显的差异。而且对于 化工系统，换热器材质复杂、换热强度高，冷却塔温降大、处理能力强的特点， 结合海水或浓海水本身特殊性，研制化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评 价装置及试验方法，可以在实验室条件下，更真实有效地模拟实际运行工况， 对腐蚀、污垢和微生物控制等方面进行综合评定，检验海水循环冷却水处理技 术方案的可行性。为科研成果快速、安全转化成为工程应用生产力提供基础和 有力保障。
针对上述技术问题，本发明提供一种评价化工系统海水循环冷却水处理方 案及药剂性能的动态模拟试验方法及装置，其目的是模拟化工海水循环冷却系 统现场的流速、水质、金属材质、换热强度和温度等工况参数，以评定海水水 处理剂的缓蚀、阻垢和杀生性能，确定最佳水处理方案，实现对海水腐蚀、结 垢、菌藻控制效果的综合评价。
具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补 水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征 在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所 述热交换单元包括模拟监测换热器15、蒸汽冷凝器16和锅炉18;
其中，补水单元包括补水池3和集水池6;
其中，所述模拟监测换热器15内设置有贯穿模拟监测换热器两端的传热 管，模拟监测换热器15壳体上设置有与锅炉18出汽口连接的蒸汽入口和与蒸 汽冷凝器16一端连接的蒸汽出口，冷凝水通过蒸汽冷凝器16的另一端、和锅 炉18壳体上设置的喇叭口形成回路;
其中，所述监控单元包括还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控 单元;
其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出 口管线上的进口测温筒14和出口测温筒19，以及设置于模拟监测换热器15 上的测定来自锅炉18的蒸汽温度的温度传感器;
优选的，上述性能评价装置中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元 循环水入口管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循 环水出口管线上的出口腐蚀探头20和出口挂片盒21和与所述腐蚀探头连接的 电化学在线腐蚀测试仪。
优选的，上述性能评价装置中，所述腐蚀监控单元还包括设置于集水池6 中的腐蚀挂片，且上述模拟监测换热器15也属于腐蚀监控单元。
优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔单元包括风机23、与集水池 相通的冷却塔24和填料，所述冷却塔在靠近集水池的一端设置有塔底测温孔 26和加药孔。
优选的，上述性能评价装置中，所述监控单元还包括pH监控单元和电导 监控单元。
优选的，上述性能评价装置中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元 循环水入口管线上的循环泵8、转子流量计9、流量变送器11、流量调节阀12 和设置于蒸汽冷凝器16冷凝水出口管线上的流量开关17。
优选的，上述性能评价装置中，所述温度监控单元还包括设置于冷却塔 24接近集水池6一端的风门控制器25和设置于塔底测温孔26的温度传感器。
优选的，上述性能评价装置中，所述液位监控单元包括设置于补水池3 中的液位传感器4;所述pH监控单元包括设置于集水池6中的pH传感器7a; 所述电导监控单元包括设置于集水池6中的电导传感器7b。
优选的,上述性能评价装置中,所述监控单元还包括压力监测单元，包括在 热交换单元循环水进出管线上的进口压力表和出口压力表。
优选的，上述性能评价装置中，所述排污单元包括设置于热交换单元循环 水出口管线上的电动排污阀22和设置于集水池上部的溢流口6a。
优选的，上述性能评价装置中，所述加药单元包括与补水池3连接的第一 计量泵27和与冷却塔加药孔连接的第二计量泵28和加药箱。
优选的，上述性能评价装置中，所述模拟监测换热器15的有效长度为 800mm～1200mm，模拟监测换热器的单根传热管外径为19mm或25mm，传 热管长700mm～1100mm，传热管有效传热长度为650mm～1050mm。
优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔24塔径为320mm～500mm， 塔高为1300mm～1490mm，冷却塔24冷却幅度为6℃～15℃，所述填料选自 外径为20mm～50mm的塑料球形填料。
优选的，上述性能评价装置中，所述各单元中与海水、浓缩海水或药剂直 接接触的部件的材料为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
本发明还提供一种化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的评 价方法，其特征在于，包括下述步骤：开启上述药剂性能评价装置，使得海水 循环经由流量监控单元、腐蚀监控单元、温度监控单元和模拟监测换热器后， 进入冷却塔单元，冷却后的海水再循环回补水单元中的集水池6中;
其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使系统稳定的条件下， 即在分别使循环海水流量、循环水进口温度和模拟监测换热器15中的蒸汽温 度处于目标范围内的条件下，检测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水质 检测数据，以评价药剂控制海水腐蚀、结垢和/或菌藻生长性能;
其中，通过液位监控单元来选择性补水。
优选的，上述评价方法中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环 水入口管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循环水 出口管线上的出口腐蚀探头20和出口挂片盒21和与所述腐蚀探头连接的电化 学在线腐蚀测试仪;
所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单元和模拟监测换热器15的传热管实现， 包括下述两种方法中的任一种或两种的组合：
(1)将热交换单元循环水管线上设置的进口腐蚀探头13和出口腐蚀探头 20与电化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测;
(2)检测模拟监测换热器15中传热管、热交换单元循环水管线上的进口 挂片盒10和出口挂片盒21中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
优选的，上述评价方法中，所述集水池6中安装有腐蚀试样，所述腐蚀性 能检测还包括下述方法：检测集水池6中腐蚀试样的失重情况，实现腐蚀失重 检测。
优选的，上述评价方法中，所述冷却塔单元包括风机23、与集水池相通的 冷却塔24和填料，所述冷却塔24在靠近集水池6的一端设置有塔底测温孔 26和加药孔;
优选的，上述评价方法中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元循环 水入口管线上的转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12;
优选的，上述评价方法中，所述温度监控单元还包括设置于冷却塔24接 近集水池6一端的风门控制器25、设置于塔底测温孔26的温度传感器和设置 于模拟监测换热器15上的测定来自锅炉的蒸汽温度的温度传感器;
优选的，上述评价方法中，所述使循环海水流量、循环水进口温度和模拟 监测换热器15中的蒸汽温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行：
(1)通过安装于模拟监测换热器15上的温度传感器实现蒸汽温度的监控;
(2)通过转子流量计9和流量变送器11监测循环水流量，通过流量调节 阀12自动控制阀门开度;
(3)比对进口测温筒14测得的循环水进口温度和塔底测温孔26的温度 传感器测得的塔底水温，自动调节风门控制器25的开度，控制冷却塔进风量。
优选的，上述评价方法中，所述蒸汽为常压饱和蒸汽，温度控制在98℃～ 102℃;所述冷却水流量按选择传热管规格，保持管内海水流速为0.8 m/s～2m/s 设定控制;所述循环水进口温度被控制在30℃～40℃。
优选的，上述评价方法中，通过所述流量监控单元和温度监控单元实现污 垢热阻监测，该污垢热阻监测包括下述步骤：
(1)在系统稳定的条件下，通过进口测温筒14和出口测温筒19分别测 量清洁管时冷却海水进口温度t’进和清洁管时冷却海水出口温度t’出;通过流量 变送器11测量循环水流量G;通过模拟监测换热器15上安装的温度传感器测 量蒸汽温度T;
(2)系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒14和出口测温筒19分别测 量冷却海水瞬时进口温度t进和冷却海水瞬时出口温度t出，用下述公式计算污 垢热阻：
式中，di为模拟监测换热器15中传热管内径，l为模拟监测换热器15中传 热管的有效传热长度。
优选的，上述评价方法中，所述评价装置还包括排污单元，其包括设置于 热交换单元循环水出口管线上的电动排污阀22和设置于集水池上部的溢流口 6a;所述监控单元还包括pH监控单元和电导监控单元;
优选的，上述评价方法中，还包括通过排污单元和监控单元中的电导检测 单元实现排污工序，其包括下述步骤：通过电导监控单元控制循环海水电导率 为(30～100)ms/cm±(50～500)us/cm，控制电动排污阀22的开启状态， 以实现排污。
优选的，上述评价方法中，所述排污工序包括下述步骤：
(1)外接净化海水由海水储备箱1，经补水泵2输送到补水池3，海水再 通过补水管到集水池实现补水。其中补水池3上设置有液位传感器4，当监测 海水液位到低限时，补水泵自动开启补水，当监测海水液位到高限时，补水泵 自动关闭停补水;并通过集水池上设置的浮球阀5稳定控制集水池6液位和补 水，当浮球阀出现故障导致集水池液位上升超过正常控制限时，通过集水池溢 流口6a排水，此时集水池的液位变化超过正常水平发出报警信号;
(2)根据实验室水处理方案和工程设计要求，设定海水浓缩倍数N，控 制浓缩倍数N±0.2或N±0.05，对应设定循环海水的电导率控制上下限，当 浓缩倍数或电导率超过上限时，电动排污阀22自动打开，当浓缩倍数或电导 率到达下限时，电动排污阀22自动关闭，实现自动排污和浓缩倍数的稳定控 制。
优选的，上述评价方法中，所述评价装置还包括加药单元，其包括与补水 池连接的第一计量泵27，与冷却塔加药孔连接的第二计量泵28和加药箱。
优选的，上述评价方法中，所述液位监控单元包括设置于补水池中的液位 传感器4;所述pH监控单元包括设置于集水池中的pH传感器7a;所述电导 监控单元包括设置于集水池中的电导传感器7b;
优选的，上述评价方法中，还包括加药工序，其通过加药单元、补水单元 中的补水池3、以及监控单元中的液位监控单元和pH监控单元实现，包括下 述步骤：
(1)在补水池海水液位从低限到高限自动补水过程中，第一计量泵按海 水补水量自动成比例投加海水缓蚀阻垢剂;
(2)根据海水、循环水水质情况和水处理方案实施需求，设定循环海水 控制pH值±0.1或pH值±0.05，当检测循环水pH值超过上限或下限时，第 二计量泵自动投加酸或碱;
(3)海水菌藻杀生剂通过人工或自动投加设备，定期按循环水系统容积 成比例投加到集水池6中。
优选的，上述评价方法中，还包括水质监测工序，其包括下述任一种或者 二种以上的步骤：
(1)试验过程中，用所述pH监控单元和电导监控单元分别监测循环海水 的pH值和电导率;
(2)试验过程中，实验室同步检测海水、循环海水的浊度、碱度、氯离 子、钙离子、镁离子或铁离子含量;
(3)试验过程中，定期检测海水、循环海水中微生物的含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：整套装置可在实验室条件下，模 拟化工行业海水循环冷却工程现场的流速、流态、水质、金属材质、换热强度 和冷却水进出口温度等运行工况，对海水循环冷却水处理技术方案在腐蚀、污 垢和微生物控制等方面进行综合评定，可实现循环水处理工艺多参数(温度、 流量、压力、pH值、电导率、腐蚀速率、污垢热阻等)在线监测、多任务(加 药、排污、补水、液位、水平衡等)的自动化控制。整套装置依据海水特性研 发，设计科学、监控技术先进，可有力服务于海水循环冷却技术及其产品的综 合评价与检验，同时为新型海水循环冷却水处理技术的研发与工业应用提供了 更为有效的硬件支撑平台。
